CN108847933B - 基于sm9密码算法的标识签发方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于SM9密码算法的标识签发方法，旨在用于实现网络空间中多场景下信息服务可信标识签发标识验证，并提高可信标识签发和标识验证的速度，实现步骤为：(1)SM9密码算法参数初始化。(2)密钥生成中心生成主公钥和主私钥。(3)标识请求者向标识签发中心发送标识授权请求。(4)密钥生成中心计算信息服务实体的私钥和信息服务实体的公钥。(5)标识签发中心获取标识授权请求的可信标识。(6)验证方判断授权请求的可信标识是否合法。

Description

基于SM9密码算法的标识签发方法

技术领域

本发明属于计算机技术领域，涉及一种标识签发方法，具体涉及一种基于SM9密码算法的标识签发方法，可用于实现网络空间中多场景下信息服务可信标识签发和标识验证。

背景技术

SM9密码算法是一种基于双线性对的标识密码算法，它可以把用户的身份标识用以生成用户的公、私密钥对，主要用于数字签名、数据加密、密钥交换以及身份认证。SM9密码算法的密钥长度为256比特，相比较其他的密码算法的密钥长度短，所以密钥的生成速度快。SM9密码算法的应用与管理不需要数字证书、证书库或密钥库。该算法于2017年通过为国际标准,正式进入标准发布阶段。

标识签发是指标识申请者向标识签发中心发送标识授权请求，标识签发中心获取授权请求的可信标识并发送回标识申请者，标识申请者向验证方发送授权请求和可信标识后，验证方可以验证标识的合法性来确认标识申请者的合法性。标识签发的基本功能主要是表明标识签发中心对标识申请者的认可。衡量一个标识签发方法优劣的主要指标有标识签发的安全性和标识签发的速度。标识签发是公钥密码体系中重要的一部分，在很多场合有着重要的作用。

标识签发方法主要分为有证书的标识签发方法和无证书的标识签发方法两大类，其中，无证书的标识签发方法的主要思想是，信息服务实体的私钥由可信的第三方密钥生成中心根据主密钥和用户身份计算得出，信息服务实体的公钥有用户身份计算得出，从而信息服务实体不需要第三方保证其公钥的真实性，与基于证书的标识签发方法相比，无证书的标识签发方法中的密钥管理环节可以得到适当简化，例如，刘莉、金正平在2016年3月的四川大学学报(工程科学版)第48卷第二期发表的名称为“一个基于RSA的无证书多重签名方案”的文章中，公开了一种基于RSA的标识签发方法。该方法步骤如下：(1)RSA密码算法参数初始化(2)密钥生成中心生成信息服务实体的公钥和私钥(3)信息服务实体对标识请求者的标识授权请求进行签名并产生标识(4)验证方检验标识授权的标识是否合法。该方法实现了多信息服务实体的标识签发及验证。该方法属于无证书的标识签发方法，相比较有证书的标识签发方法，无证书标识签发方法无需维护和管理公钥证书库，所以标识签发速度更快。但该方法还是有不足之处：在密钥生成中心生成信息服务实体的公钥和私钥过程中，密钥生成中心采用RSA密码算法所产生的公钥位数至少为1024位，公钥位数长，所以密钥生成速度慢，从而整个标识签发方法实现速度慢。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种基于SM9密码算法的标识签发方法，用于解决现有技术中存在的标识签发速度慢的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

(1)SM9密码算法参数初始化：

SM9密码算法的初始化参数包括：阶数为大素数N的加法循环子群G₁和G₂，G₁的生成元P₁，G₂的生成元P₂；阶数为大素数N的乘法循环子群G_T；双线性对e是G₁×G₂→G_T的映射；哈希函数H(Z,n)的输入为比特串Z和整数n、输出为a∈[1,n-1]；

(2)密钥生成中心生成主公钥P_pub和主私钥s：

密钥生成中心将随机产生的随机数s∈[1,N-1]作为主私钥，并将s和P₂的乘积作为主公钥P_pub，P_pub＝s·P₂；

(3)标识请求者向标识签发中心Ω发送标识授权请求M：

标识请求者将自己的身份U输入到哈希函数中，得到标识请求者的标识授权请求M，M＝H(U)，并将M发送给标识签发中心Ω，Ω＝{ID₁,ID₂,…,ID_i,…,ID_m}，其中，ID_i为第i个信息服务实体，m为信息服务实体的总数，且m≥2；

(4)密钥生成中心计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i：

密钥生成中心利用SM9密码算法参数以及s和P_pub，计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i，得到信息服务实体公钥集合Q，Q＝{Q₁,Q₂,…,Q_i,…,Q_m}；

(5)标识签发中心Ω获取标识授权请求M的可信标识(U,h,σ)：

(5.1)标识签发中心Ω中的ID_i计算乘法循环子群G_T中的元素w_i，

R_i＝r_i·P₁，其中r_i为ID_i产生的随机数；

(5.2)标识签发中心Ω计算第一部分标识h，h＝H(M||w||Q₁||…||Q_i||…||Q_m||N)，H(·||·)是两个元素进行级联运算后进行哈希函数运算，w＝w₁·w₂·…·w_i·…·w_m，其中，“·”表示乘法运算；

(5.3)标识签发中心Ω中的ID_i计算加法循环子群G₁中的元素S_i，得到σ＝(S₁,S₂,…,S_i,…,S_m)，并将σ作为第二部分标识，其中，S_i＝L_i·d_i，L_i＝(R_i-h)modN；

(5.4)标识签发中心Ω将标识请求者身份U、第一部分标识h和第二部分标识σ的拼接结果(U,h,σ)作为授权请求M的可信标识，并将可信标识(U,h,σ)通过标识请求者发送给验证方；

(6)验证方判断授权请求M的可信标识(U,h,σ)是否合法：

(6.1)验证方判断h∈[1,N-1]是否成立，若是，执行步骤(6.2)，否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法；

(6.2)验证方判断S_i∈G₁是否成立，若是，执行步骤(6.3)，否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法；

(6.3)验证方计算检验标识h₂，并判断h₂＝h是否成立，若是，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)合法；否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法，其中：

h₂＝H(M||w||Q₁||…||Q_i||…||Q_m||N)

其中：y＝y₁·y₂·…·y_i·…·y_m，其中，“·”表示乘法运算，y_i＝e(S_i,P_i)·e(P₁,P_pub)^h，P_i＝H(ID_i||hid,N)·P₂+P_pub，hid表示密钥生成中心的私钥生成函数识别符。

本发明与现有技术相比较，具有如下优点：

本发明在密钥生成中心计算信息服务实体ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i的过程中应用了SM9密码算法，在保证标识签发安全性的前提下，密钥生成中心采用SM9密码算法计算出来的信息服务实体公钥Q_i的位数只有256位，相比较利用RSA密码算法计算的信息服务实体公钥Q_i的位数大大缩短，密钥生成速度快，从而整个标识签发方法实现速度加快。

附图说明

图1为本发明的实现流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

参照图1，一种基于SM9密码算法的标识签发方法，包括如下步骤：

步骤1)SM9密码算法参数初始化：

SM9密码算法的初始化参数包括：阶数为大素数N的加法循环子群G₁和G₂，G₁的生成元P₁，G₂的生成元P₂，N＞2¹⁹¹；阶数为大素数N的乘法循环子群G_T，N＞2¹⁹¹；双线性对e是G₁×G₂→G_T的映射；哈希函数H(Z,n)的输入为比特串Z和整数n、输出为a∈[1,n-1]，输入的比特串Z的长度小于2⁶⁴；

哈希函数H(Z,n)的具体计算步骤为：

(1)初始化一个32比特构成的计数器ct＝0x00000001；

(2)计算参数

(3)对j从1到

执行：

(3.1)计算Ha_j＝H_v(0x01||Z||ct)；

(3.2)ct++；

(4)若hlen/256是整数，令参数

否则，令

为

最左边的

比特；

(5)令

将Ha的数据类型转换为整数，计算a＝(Hamod(n-1))+1；

步骤2)密钥生成中心生成主公钥P_pub和主私钥s：

密钥生成中心将随机产生的随机数s∈[1,N-1]作为主私钥，并将s和P₂的乘积作为主公钥P_pub，P_pub＝s·P₂；

步骤3)标识请求者向标识签发中心Ω发送标识授权请求M：

标识请求者将自己的身份U输入到哈希函数中，得到标识请求者的标识授权请求M，M＝H(U)，并将M发送给标识签发中心Ω，Ω＝{ID₁,ID₂,…,ID_i,…,ID_m}，其中，ID_i为第i个身份唯一的信息服务实体，m为信息服务实体的总数，且m≥2；

步骤4)密钥生成中心计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i：

密钥生成中心利用SM9密码算法参数以及s和P_pub，计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i，得到信息服务实体公钥集合Q，Q＝{Q₁,Q₂,…,Q_i,…,Q_m}；

Q_i＝[H(ID_i||hid)]P₂+P_pub

其中，

hid表示私钥生成函数识别符；

因为使用了SM9密码算法计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i，所以产生的d_i和Q_i为256位，密钥的长度短，密钥生成速度快。

步骤5)标识签发中心Ω获取标识授权请求M的可信标识(U,h,σ)：

步骤5.1)标识签发中心Ω中的ID_i计算乘法循环子群G_T中的元素w_i，

R_i＝r_i·P₁，其中r_i为ID_i产生的随机数；

本步骤随机数r_i的产生使用国家密码管理主管部门批准的随机数发生器；

步骤5.2)标识签发中心Ω计算第一部分标识h，h＝H(M||w||Q₁||…||Q_i||…||Q_m||N)，H(·||·)是两个元素进行级联运算后进行哈希函数运算，w＝w₁·w₂·…·w_i·…·w_m，其中，“·”表示乘法运算；

步骤5.3)标识签发中心Ω中的ID_i计算加法循环子群G₁中的元素S_i，得到σ＝(S₁,S₂,…,S_i,…,S_m)，并将σ作为第二部分标识，其中，S_i＝L_i·d_i，L_i＝(R_i-h)modN；

步骤5.4)标识签发中心Ω将标识请求者身份U、第一部分标识h和第二部分标识σ的数据类型转化为字符串，再将请求者身份U、第一部分标识h和第二部分标识σ的拼接结果(U,h,σ)作为授权请求M的可信标识，并将可信标识(U,h,σ)通过标识请求者U发送给验证方；

整数转化为字符串的规则为：输入非负整数x，以及字符串的目标长度l，其中l满足2^8l＞x，输出长度为l的字符串V，设V_l-1,V_l-2,…,V₀是V的从左边到最右边的字节，V的字节满足

步骤6)验证方判断授权请求M的可信标识(U,h,σ)是否合法：

步骤6.1)验证方将h的数据类型转化为整数，判断h∈[1,N-1]是否成立，若是，执行步骤(6.2)，否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法；

字符串转化为整数的规则为：输入长度为l的字符串V，以及字符串的目标长度l，其中l满足2^8l＞x，输出非负整数x，设V_l-1,V_l-2,…,V₀是V的从左边到最右边的字节，将V转换为整数x，

步骤6.2)验证方判断S_i∈G₁是否成立，若是，执行步骤(6.3)，否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法；

步骤6.3)验证方计算检验标识h₂，并判断h₂＝h是否成立，若是，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)合法；否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法，其中：

h₂＝H(M||w||Q₁||…||Q_i||…||Q_m||N)

其中：y＝y₁·y₂·…·y_i·…·y_m，其中，“·”表示乘法运算，y_i＝e(S_i,P_i)·e(P₁,P_pub)^h，P_i＝H(ID_i||hid,N)·P₂+P_pub。

Claims (2)

1.一种基于SM9密码算法的标识签发方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)SM9密码算法参数初始化：

SM9密码算法的初始化参数包括：阶数为大素数N的加法循环子群G₁和G₂，G₁的生成元P₁，G₂的生成元P₂；阶数为大素数N的乘法循环子群G_T；双线性对e是G₁×G₂→G_T的映射；哈希函数H(Z,n)的输入为比特串Z和整数n、输出为a∈[1,n-1]；

(2)密钥生成中心生成主公钥P_pub和主私钥s：

密钥生成中心将随机产生的随机数s∈[1,N-1]作为主私钥，并将s和P₂的乘积作为主公钥P_pub，P_pub＝s·P₂；

(3)标识请求者向标识签发中心Ω发送标识授权请求M：

标识请求者将自己的身份U输入到哈希函数中，得到标识请求者的标识授权请求M，M＝H(U)，并将M发送给标识签发中心Ω，Ω＝{ID₁,ID₂,…,ID_i,…,ID_m}，其中，ID_i为第i个信息服务实体，m为信息服务实体的总数，且m≥2；

(4)密钥生成中心计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i：

密钥生成中心利用SM9密码算法参数以及s和P_pub，计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i，得到信息服务实体公钥集合Q，Q＝{Q₁,Q₂,…,Q_i,…,Q_m}；

(5)标识签发中心Ω获取标识授权请求M的可信标识(U,h,σ)：

(5.1)标识签发中心Ω中的ID_i计算乘法循环子群G_T中的元素w_i，

R_i＝r_i·P₁，其中r_i为ID_i产生的随机数；

(5.2)标识签发中心Ω计算第一部分标识h，h＝H(M||w||Q₁||…||Q_i||…||Q_m||N)，H(·||·)是两个元素进行级联运算后进行哈希函数运算，w＝w₁·w₂·…·w_i·…·w_m，其中，“·”表示乘法运算；

(5.3)标识签发中心Ω中的ID_i计算加法循环子群G₁中的元素S_i，得到σ＝(S₁,S₂,…,S_i,…,S_m)，并将σ作为第二部分标识，其中，S_i＝L_i·d_i，L_i＝(R_i-h)modN；

(5.4)标识签发中心Ω将标识请求者身份U、第一部分标识h和第二部分标识σ的拼接结果(U,h,σ)作为授权请求M的可信标识，并将可信标识(U,h,σ)通过标识请求者发送给验证方；

(6)验证方判断授权请求M的可信标识(U,h,σ)是否合法：

(6.1)验证方判断h∈[1,N-1]是否成立，若是，执行步骤(6.2)，否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法；

(6.2)验证方判断S_i∈G₁是否成立，若是，执行步骤(6.3)，否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法；

(6.3)验证方计算检验标识h₂，并判断h₂＝h是否成立，若是，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)合法；否则，则授权请求M的可信标识(U,h,σ)不合法，其中：

h₂＝H(M||w||Q₁||…||Q_i||…Q_m||N)

其中：y＝y₁·y₂·…·y_i·…·y_m，其中，“·”表示乘法运算，y_i＝e(S_i,P_i)·e(P₁,P_pub)^h，P_i＝H(ID_i||hid,N)·P₂+P_pub，hid表示密钥生成中心的私钥生成函数识别符。

2.根据权利要求1所述的基于SM9密码算法的标识签发方法，其特征在于，步骤(4)中所述的计算ID_i的信息服务实体私钥d_i和信息服务实体公钥Q_i，计算公式分别为：

d_i＝t_i2·P₁＝[s/(H(ID_i||hid)+s)]P₁

Q_i＝[H(ID_i||hid)]P₂+P_pub

其中，

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